DE102022121176A1

DE102022121176A1 - Verfahren zur Gewinnung von Protein aus Oliven

Info

Publication number: DE102022121176A1
Application number: DE102022121176.2A
Authority: DE
Inventors: Detlef Ullmann; Stefan Pecoroni; Steffen Hruschka
Original assignee: GEA Westfalia Separator Group GmbH
Current assignee: GEA Westfalia Separator Group GmbH
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2024-02-22

Abstract

Ein Verfahren zur Gewinnung von Protein aus Oliven (1), umfassend die folgenden Schritte:A Bereitstellen und Zerkleinern von Oliven (1) unter Ausbildung eines Olivenbreis (2);B Entölen (102) des Olivenbreis (2) unter Ausbildung eines kern- und/oder kernbruchstückhaltigen Alpeorujos (4) und eines Oliven-Rohöls (3);C Entkernen (104) unter Entfernung der Kerne und/oder Kernbruchstücke (21) aus dem Alpeorujo (5.1);D Zugabe (105) einer Calciumverbindung (14) als Feststoff und/oder als feststoffhaltige Suspension;E Trennen (106) des Alpeorujo (5.1) unter Bildung eines proteinreichen Phenolwassers (7) und eines proteinarmen Alpeorujorests (6);F Zugabe (107) einer Säure (8) zur Ausfällung einer Proteinphase unter Erhalt einer Suspension; undG Trennen (109) der Suspension in eine proteinreiche Feststoffphase (9) und ein proteinarmes Phenolwasser (10)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Protein aus Oliven.
Ein Verfahren zur Entwässerung von Alpeorujo ist aus der EP 2 755 503 B1 bekannt.
Dieses Verfahren hat sich grundsätzlich bewährt. Dabei wird Alpeorujo besonders effizient entwässert, und aus der wässrigen Phase können noch Polyphenole rückgewonnen werden.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik ist es nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, weitere Wertstoffe aus dem Alpeorujo zu isolieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Eine unmittelbare Proteingewinnung bei Anwendung des Verfahrens der EP 2 755 503 B1 erwies sich als schwierig. Daher musste das Verfahren signifikant verändert werden. Zentraler Schritt dabei ist eine Entkernung an einer spezifischen Position der Schrittabfolge des Verfahrens verbunden mit einer späteren Fällung der Proteine aus der zuvor konzentrierten Proteinlösung in mit Phenolen angereichertem Extrakt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Gewinnung von Protein aus Oliven, umfasst die folgenden Schritte:

A Bereitstellen und Zerkleinern von Oliven unter Ausbildung eines Olivenbreis;
B Entölen des Olivenbreis unter Ausbildung eines kern- und/oder kernbruchstückhaltigen Alpeorujos und eines Roh-Olivenöls;
C Entkernen unter Entfernung der Kerne und/oder Kernbruchstücke aus dem Alpeorujo;
D Zugabe einer Calciumverbindung als Feststoff und/oder als feststoffhaltige Suspension;
E Trennen des Alpeorujo unter Bildung eines proteinreichen Phenolwassers und eines proteinarmen Alpeorujorests;
F Zugabe einer Säure zur Ausfällung einer Proteinphase unter Erhalt einer Suspension; und
G Trennen der Suspension in eine proteinreiche Feststoffphase, vorzugsweise als polyphenolarme Proteinphase, und ein gegenüber der Feststoffphase proteinarme Phenolwasser, vorzugsweise als polyphenolreiche Flüssigphase.

Dabei ändert das Alpeorujo durch das Entkernen seine Konsistenz, was eine weitergehende Verarbeitung erschwert. Durch das Entfernen der Kerne in Schritt C ist die Anfangs-Konzentration des Proteins höher und damit auch dessen Gehalt in der Flüssigphase (teilweise gelöste Proteine sind dispergiert und werden mit der flüssigen Phase abgetrennt).
Idealerweise findet ein Entfernen der Kerne und Kernbruchstücke zu annähernd 100% statt. Diese können noch als Brennstoff verwendet werden. Damit reduziert sich auch die Menge des Tresters. Der Trester würde sonst auf der Deponie entsorgt werden. Nach dem Entkernen entsteht eine strukturlose Pülpe.
Die Zugabe von Kalk, insbesondere Kalziumhydroxid als Pulver, hat sodann den Vorteil, dass dem Pektin damit Struktur gegeben wird. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Struktur auch ohne einen Restgehalt an Kernbruchstücken aufgebaut werden kann, so dass das nunmehr alkalische Fruchtwasser abtrennbar wird zusammen mit den darin gelösten und dispergierten Proteinen. Besonders vorteilhaft ist dies, wenn der enzymatische Abbau der Poly-galacturonsäureketten durch Enzyme noch nicht abgeschlossen ist. Nach der Zugabe von Kalk ist eine Durchmischung mit dem Brei nötig, um die Reaktion zu verbessern. Dafür eignet sich beispielsweise ein Malaxeur. Dies kann in einem Zeitraum von 1-5 Stunden, bevorzugt 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 Minuten geschehen.
Ohne Kerne und Kernbruchstücke erhöht sich die Gesamtfeuchtigkeit und der prozentuale Anteil an Proteinen, Zucker, Pektinen und Zellulose.
Das Protein geht zugleich durch die Alkalität in Lösung. Es entsteht eine feste und flüssige Phase, umfassend Zucker, Protein, Polyphenol.
Nach der Trennung und durch die Zugabe einer Säure, vorzugsweise organischen Säure wegen Lebensmittel-Tauglichkeit, bis zum isoelektrischen Punkt des Proteins, ca. bei pH 5, erfolgt ein Ausfallen des Proteins.
Die Trennung von Feststoff, flüssiger Phase und Restöl-Anteil kann sodann zentrifugal in einem 3-Phasen-Dekanter oder Separator erfolgen
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es ist von Vorteil, wenn das Entölen durch eine zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einem Dekanter, besonders bevorzugt in einem 2-Phasen Dekanter, erfolgt
Das Trennen in Schritt E kann vorteilhaft durch zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einem Dekanter, erfolgen.
Das Trennen in Schritt G kann eine zentrifugale Trennung umfassen, wobei die Trennung vorzugsweise in einer Kombination aus einem Fällungsbehälter, einem Separator oder einem Dekanter, insbesondere einem 3-Phasen Separator oder Dekanter, erfolgt.
Die Calciumverbindung kann vorteilhaft ein Kalk, vorzugsweise ein Brandkalk oder Löschkalk, sein.
Die Zugabe in Schritt D kann vorteilhaft zur Strukturbildung in Pulverform erfolgen.
Als Säure kann eine Salzsäure oder eine organische Säure zugegeben werden. Besonders vorteilhaft ist deren hohe Konzentration, wodurch Verdünnungseffekte vermieden werden.
Das Entkernen kann vorteilhaft in einem „Pit-Separator“ erfolgen, ein oder mehrstufig
Insbesondere kann der „Pit-Separator“ in seiner Lochweite derart eingestellt sein, dass der Anteil an Kernen und/oder Kernbruchstücken im Alpeorujo nach dem Entkernen in Schritt C weniger als 3% m/m, vorzugsweise weniger als 1% m/m, beträgt.
Bevorzugt kann die Verarbeitungszeit zwischen den Schritten C-G weniger als 1h betragen.
Neben den Proteinen können in an sich bekannter Art und Weise Polyphenole aus der polyphenolreichen Flüssigphase, vorzugsweise durch Eindampfen oder Filtration, besonders bevorzugt durch Querstrom-Filtration, in Form von Fluiden, Konzentraten oder Pulvern gewonnen werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung, wobei im Folgenden die Erfindung unter Bezug auf eine Zeichnung näher beschrieben wird. Es zeigen:

1: schematische Darstellung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf, zur Ölgewinnung aus Oliven bei anschließender Verarbeitung des gebildeten Alpeorujo.
Als Alpeorujo wird der Trester bezeichnet, welcher bei der Gewinnung von Olivenöl anfällt. Dabei stellt Alpeorujo ein Phasengemisch u.a. aus Wasser, Öl, Proteinen, Pektine, Polyphenole, Lignine und andere Substanzen dar.
Ein derartiger Trester entsteht insbesondere bei der Verarbeitung von Oliven, im frischen oder getrockneten Zustand in einem Zwei-Phasen-Trennvorgang, bei dem die Oliven zu Olivenöl und einem Wasser/Feststoffgemisch, dem besagten Alpeorujo, getrennt werden.
Gemäß 1 erfolgt zunächst das Bereitstellen von Oliven 1. Die Oliven 1 werden sodann in einem ersten Schritt durch Reinigen, insbesondere Waschen, durch Vermahlen und/oder durch Malaxieren 101 in einen Olivenbrei 2 umgewandelt.
Dieser Olivenbrei 2 wird einem zweiten Schritt einem Entölen 102, vorzugsweise einer zentrifugalen Trennung, unterzogen. Die zentrifugale Trennung 102 kann durch einen Dekanter 11, vorzugsweise einem 2-Phasen Dekanter, erfolgen.
Durch das Entölen 102 wird ein Oliven-Rohöl 3 und eine Alpeorujo-Phase 4 gebildet. Oliven haben einen Proteingehalt von ca. 2-3 %. Nach der Ölabtrennung bei der ca. 15-50% Öl m/m aus dem Ölivenbrei abgetrennt werden, steigt dieser Proteingehalt im Trester auf 2,4-6% m/m an.
Das Rohöl 3 wird im Anschluss einem Polieren 103 ggf. unter Zugabe von Wasser 17 unterzogen. Dies kann in einem Polierseparator 12 erfolgen. Dadurch wird gereinigtes Olivenöl 5 als geklärte Phase und eine Verschmutzungsphase 18 bereitgestellt.
Der entölte Alpeorujo 4 weist nach der vorhergehenden Trennung 102 circa 15-18% m/m an feuchten Kernbruchstücken 21 auf. Dieses Alpeorujo wird nach dem Verfahren in einem weiteren Schritt einer Entkernung 104 unterzogen, bei welcher der Anteil an Kernen und Kernbruchstücke vorzugsweise auf unter 5% m/m und besonders bevorzugt vollständig entfernt wird. Allerdings verliehen die Kerne und Kernbruchstücke dem Alpeorujo-Brei bislang eine gewisse Konsistenz verleihen, welche eine Entwässerung durch zentrifugale Behandlung ermöglicht haben.
Die nunmehr entkernte und entölte Alpeorujo-Fraktion 5.1 ist als eine strukturlose Pülpe ausgebildet, die de facto nicht separiert werden kann, weder durch Pressen noch durch Dekantieren durch einen Dekanter. Nach dieser Kernabtrennung 104 aus dem Alpeorujo mit ca. 60-65% Feuchte beträgt der Proteingehalt in der kernfreien Pülpe schon 2,7- 7% m/m bei einem Feuchtegehalt der nunmehr entölten, kernfreien Pülpe von 74-79% m/m.
Die Entkernung kann vorzugsweise mit einem oder mehreren „Pit Separator“ 19 erfolgen, welcher Teile mit mittlerem Durchmesser von mehr als 1 oder 2 mm aus dem Alpeorujo entfernt. Die Größe der Kernbruchstücke im Trester ist abhängig vom Sieb der Hammermühle oder dem Mahlgrad bei der Olivenzerkleinerung. So ist eine mehrstufige Abtrennung zuerst mit einem Sieb von beispielsweise 2,5 mm und eine anschließende zweiten Abtrennung mit einem Sieb von 1 mm durchaus sinnvoll. Dies ist auch in anderen Siebweiten und Trennsiebenanzahlen möglich. Nach der Abtrennung hat der Trester eine schlammige Struktur, die sich erst im nachfolgenden vierten Schritt ändert.
Anschließend erfolgt in diesem vierten Schritt die Zugabe 105, insbesondere das Zudosieren durch eine Dosiervorrichtung 20, einer Calciumverbindung 14, vorzugsweise in Form von Brandkalk oder Löschkalk, vorzugsweise in Form eines Feststoffs oder einer feststoffhaltigen Suspension. Das Calciumhydroxid ist insbesondere als Kalk ausgebildet, dessen Zugabe vor dem ersten Trennschritt zur Flüssigkeitsabtrennung die Proteine bei dem erzielten pH-Wert von 9-12 zumeist in Lösung bringt. Die besten Ergebnisse erzielt man durch eine intensive Durchmischung von Suspension und Kalk vorzugsweise mittels eines Malaxeurs.
Damit werden die Proteine mit der Flüssigphase abtrennbar. Der Trockenmasseanteil von 21-26 % in der Pülpe vor der Trennung wird so aufgeteilt, dass die Flüssigphase, der Likör, ca. 15% TS aufweist und die Festphase ca. 25-28%. Der Feststoff wird kompakt und damit von einer Flüssigkeit/Creme abtrennbar, auch ohne dass Kerne oder andere Hilfsstoffe außer dem Kalk zugegeben werden müssen
Nach der Zugabe von Kalziumhydroxid erfolgt eine Trennung 106 in Alpeorujo-Reste 6 und in Phenolwasser 7 umfassend Polyphenole. Die Trennung ist vorzugsweise eine zentrifugale Trennung und erfolgt insbesondere in einem Dekanter 13. Das von Protein,Öl und Wasser abgetrennte und organische Material 6 eignet sich zur Kompostierung oder nach einer pH-Regulierung auch zur Verfütterung, da die Kerne und Phenole entfernt wurden.
Durch die Kalkzugabe und die damit verbundene Verschiebung ins Alkalische werden die Proteine und die Polyphenole in die wässrige Phase hinein extrahiert. Aus dieser werden anschließend die Proteine gefällt. Bei einer Abtrennung eines Großteiles der organischen Masse 6 vor der Fällung wird somit der Proteingehalt im Präzipitat erhöht. Das durch die pH-Verschiebung in das Alkalische gewonnene Phenolwasser enthält gelöste oder dispergierte Feststoffe wie Zucker, Salze, etwas Restöl aber auch Proteine, welche durch Einstellung auf den isoelektrischen Punkt z.B. durch Zudosierung ausgefällt werden können.Anstatt nun wie in der EP 2 755 503 B1 die Phenole aus diesem Likör mittels Bentonit oder Flockungsmittel abzutrennen, kann eine Ausfällung 108 der Proteine am isoelektrischen Punkt erfolgen, so dass diese von den Phenolen abgetrennt werden können. Hierfür erfolgt ein Zudosieren 107 von Säure 8 zu dem Phenolwasser 7.
Besonders bevorzugt erfolgt das Aufarbeiten des ölarmen Alpeorujo von dessen Bereitstellung nach der Trennung 102 bis zur Abtrennung des proteinhaltigen Phenolwassers in der Trennung 106 innerhalb von weniger als 1h.
Diese Fällung 108 ist zwar für Rohstoffe mit hohem Proteingehalt bekannt, wird aber für Alpeorujo erst dadurch machbar, dass durch die Vorstufen eine Proteinkonzentrierung in der Pülpe stattfindet. Insofern ist es überraschend, dass auf diese Weise eine ölarme Proteinsuspension aus dem strukturlosen und kernfreiem Alpeorujo trotz des geringen Proteingehalts im Rohmaterial gewonnen werden können. Die Fällung erfolgt in einem Fällungsbehälter 15, welcher zugleich eine erste Sedimentation erlaubt. Die Fällung durch die pH-Verschiebung führt auch zur Ölfreisetzung und Wasserabtrennung
Sodann erfolgt eine Trennung 109, vorzugsweise eine zentrifugale Trennung, besonders bevorzugt mittels einem Dekanter oder einem zentrifugalen Separator 16, in eine proteinreiche Feststoffphase 9 und ein proteinarmes Phenolwasser 10. Eine Feststoffphase im Sinne der vorliegenden Anmeldung und im üblichen Sprachgebrauch ist besonders bevorzugt auch eine feststoffhaltige Suspension, wie dies z.B. bei einem proteinhaltigen Schlamm vorliegt.
Bezugszeichenliste

1: Oliven
2: Olivenbrei
3: Oliven-Rohöl
4: Alpeorujo
5: gereinigtes Olivenöl
5.1: entkerntes und entöltes Alpeorujo
6: Alpeorujo Reste
7: Phenolwasser
8: Säure
9: Proteinreiche Feststoffphase
10: Proteinarmes Phenolwasser
11: Dekanter
12: Polierseparator
13: Dekanter
14: Calziumverbindung
15: Fällungsbehälter
16: Becherschleuder
17: Wasser
18: Reste
19: Pit-Separator
20: Dosiervorrichtung
21: Kerne / Kernbruchstücke
101: Zerkleinern und Malaxieren
102: Entölen
103: Polieren
104: Entkernung
105: Zugabe (Kalk) und Malaxieren
106: Trennung
107: Zudosieren (Säure)
108: Ausfällung
109: Trennung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2755503 B1 [0002, 0006, 0040]

Claims

Verfahren zur Gewinnung von Protein aus Oliven (1), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: A Bereitstellen und Zerkleinern von Oliven (1) unter Ausbildung eines Olivenbreis (2); B Entölen (102) des Olivenbreis (2) unter Ausbildung eines kern- und/oder kernbruchstückhaltigen Alpeorujos (4) und eines Oliven-Rohöls (3); C Entkernen (104) unter Entfernung der Kerne und/oder Kernbruchstücke (21) aus dem Alpeorujo (5.1); D Zugabe (105) einer Calciumverbindung (14) als Feststoff und/oder als feststoffhaltige Suspension; E Trennen (106) des Alpeorujo (5.1) unter Bildung eines proteinreichen Phenolwassers (7) und eines proteinarmen Alpeorujorests (6); F Zugabe (107) einer Säure (8) zur Ausfällung einer Proteinphase unter Erhalt einer Suspension; und G Trennen (109) der Suspension in eine proteinreiche Feststoffphase (9) und ein proteinarmes Phenolwasser (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entölen (102) durch eine zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einem Dekanter (11), besonders bevorzugt in einem 2-Phasen Dekanter, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen (106) in Schritt E durch zentrifugale Trennung, vorzugsweise in einem Dekanter (13), erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen (109) in Schritt G eine zentrifugale Trennung umfasst, wobei die Trennung vorzugsweise in einer Kombination aus einem Fällungsbehälter (15) und einem Dekanter (16) oder einem zentrifugalen Separator erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einmischen des Kalks (14) insbesondere durch Malaxieren (105) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Calciumverbindung (14) ein Kalk, vorzugsweise ein Brandkalk oder Löschkalk, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe (105) in Schritt D in Pulverform erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Säure (8) eine Salzsäure und/oder eine organische Säure zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkernen (104) in einem „Pit-Separator“ (19) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der „Pit-Separator“ in seiner Lochweite derart eingestellt ist, dass der Anteil an Kernen und/oder Kernbruchstücken (21) im Alpeorujo (5.1) nach dem Entkernen in Schritt C weniger als 5% m/m, vorzugsweise weniger als 1% m/m, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungszeit zwischen den Schritten C-G weniger als 1h beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Polyphenole aus der polyphenolreichen Flüssigphase, vorzugsweise durch Eindampfen oder Filtration, besonders bevorzugt durch Querstrom-Filtration, gewonnen werden.